JP2021508298A - ペダルの自動収縮方法 - Google Patents

Abstract

ペダルの自動収縮方法が開示されている。具体的に、クランク（２）に電動アクチュエータを配置しており、この電動アクチュエータによりペダル（４）全体が収縮するように駆動され、つまり、１回目の収縮では、ペダル全体の長辺を左右方向から前後方向に変更する；車体フレームにモーター（１３）を取り付けており、クランク（２）のアイドリングを駆動し、ペダル（４）自体の平面は１回目の収縮過程で徐々にまっすぐになって車体フレームの平面に平行となり、これによってペダル（４）の完全な収縮が完了する。この方法によれば、便利にペダルを収縮させ、最小の水平（左右）スペースを占有し、それによって自動収納を容易にし、収納スペースを大幅に節約できる。

Description

本発明は、メカトロニクスの分野に関し、自転車（他の同様の車両であってもよく、本明細書で言及されている自転車は他の同様の車両にも適用できる。）のペダル（本明細書におけるペダルは、足で踏むプレートを指し、習慣によって共通できる。）を改造することによって、自転車ペダルを自動的に変形させてコンパクトで薄い形状に収縮させることを実現する方法である。この方法を利用する自転車は、占有スペースの大きい２つの外反するペダルを自動的に収束して薄くすることができ、自転車の他の部分の自動収縮とともに、自転車を収納するスペースを占有しないようになる。自転車ペダルによる占有スペースを節約できる自動収縮方法である。

シェアリング自転車の人気が高まるにつれ、人々に利便性をもたらす一方で、不利な点も明らかである。つまり、自転車がランダムに駐車されたり、多くの公共スペースが占有されたりすることが、都市の外観に深刻な影響を与えるなどである。本発明者の以前の発明「ブレードタイプの自動変形自転車のセルフシェアリング方法」では、自転車を自動的に変形させる方式を考案した。この方法によって、自転車は、きちんと圧縮されて収納ボックスに収納されることで、使いやすい自転車を簡単に提供できるだけでなく、前記の一般的なシェアリング自転車のすべての欠点をなくした。自転車の収縮と変形では、自転車の左右へ伸長する全部の部材を前後または上下へ伸長させるように収縮することで、多くの収納スペースを節約できる。ペダルの左右伸長による占有位置が広くて、ペダルの自動収縮が最も複雑である。その原因は、ペダルが２次元で回転するためである。１つはペダルとクランクが一緒に回転して自転車を前方に動かすことで、もう１つはペダル自体の平面が回転して、円運動を繰り返すときに足により常に同一面で踏まれることを保障するようにする。

本発明は、自転車（本発明の自転車には、電動アシスト自転車や電動自転車なども含まれる）での移動をよりインテリジェントかつ便利にするために、ペダルの自動収縮方法を提供する。この方法によっては、自転車ペダル（プレート、以下同じ）の自動収縮を実現し、ペダルの占有スペースが減少し、スペースの利用効率を向上させる効果を達成する。

本発明がその課題を解決するために採用した技術的手段は、自転車の車体フレームに充電式バッテリーを配置しており、回転給電（ブラシまたはワイヤレス誘導モード）によって、電力または制御信号を自転車の車体フレームからペダルが取り付けられているクランクに送信する；クランクに電気アクチュエータがあり、この電気アクチュエータによりペダル全体が収縮（上下へ又は左右へ収縮）するように駆動される；車体フレームの中心軸の近くにはモーターが設置されており、このモーターはギアなどを介して中心軸の回転を駆動でき、中心軸の回転は、チェーンリング、クランクおよびペダル全体（プレート）を駆動して中心軸を周りに回転させ（中心軸を回転さえることができる限り、他の手段は同等の手段と見なされる）；そうすると、ペダルは、全体的に車体フレームに近づきながら収縮する過程で、ペダル自体の平面が徐々にまっすぐになり、車体フレームの平面に平行となることによって、ペダルの完全な収縮が完了する；ペダルとクランクとの接続部には保持装置が設けられており、ペダル平面が車体フレーム平面と平行である場合、この保持装置がペダルとクランクとの間の回転抵抗を最大化することによって、ペダル平面は外力（足踏みなど）の作用下しか分離および回転できない。

本発明の実現原理は、以下のように説明する：

自転車には充電式バッテリーが配置されており、クランクは中心軸と共に回転してチェーンホイールを駆動し、チェーンホイールはチェーンの回転を駆動し、チェーンはホイールの回転を駆動する；人が乗っている時、ペダルを強く踏み、ペダルはチェーンホイールと付着し、チェーンホイールはクランクと付着して中心軸と一緒に回転する；通常の走行中では、ペダル自体の平面がどのように自体回転しても、ペダル平面は常にチェーンホイール平面（即ち車体フレームの平面）に垂直である；ペダルを収縮させるため（収縮の目的は、自転車の左右方向にペダルが占めるスペースの長さを最小限に抑えることである。これは自動的収納に便利であり、収納スペースを圧縮する。）には、乗っていない時、ペダル平面をチェーンホイール平面（即ち車体フレームの平面）と平行する平面の位置に変更する必要がある。そして、自転車専用の収納ボックスに出入りする時、最小の収納スペースを確保するために、この状態を維持しなければならない。ペダルには、収縮を駆動するための電気機構が必要である（一般にモーターで説明され、他の電気機構の原理も同じである）。モーターは作動するために電気を必要とする。ペダルは自転車の車体フレームに対して回転運動をするため、自転車の車体フレームからワイヤーで直接電力を引き出すことはありえない。回転給電方式を利用して、電力を車体フレームからクランクへ供給するしかない。回転給電の方式は多くあり、主にブラシ回転給電とワイヤレス充電方式がある。ブラシ給電の場合、中心軸に銅リングを設置しており、中心軸がベアリング内で回転し、ベアリングのハウジングが車体フレームに固定され、中心軸がベアリングのハウジング内で回転し、ベアリングのハウジングにはブラシが配置されており、ブラシは中心軸の銅リングに弾性的に押し付けられており、中心軸が回転するとき、ブラシは弾性的接触を介して電力を中心軸に伝達する。中心軸とクランクが固定接続されているため、クランク上のモーターは電力を受け取る。ワイヤレス充電給電の場合、非接触給電であるため、回転か否かが給電方式に影響しない（コイルの一致性を保障すればよい）。クランクが電力を受け取ると、電気機構（モーターや電磁石など）の制御信号も、ブラシまたは無線通信によって導入できる。

ペダルを収縮しようとする場合、電気機構はペダル全体を駆動して収縮させる（上下へ又は左右へ収縮）。ペダル自体の平面も、クランクとの接続部を周りに回転できる回転体であるため、ペダルを上下または左右に収縮させた後、ペダル自体の平面は必ずしも常に車体フレームの平面と平行な方向に留まるとは限らない。そのため、ペダル全体が自転車の車体フレームに近づきながら収縮する時、ペダルの幅が、ペダルが取り付けられているクランクから車体フレームまでの距離を超えるせいで、ペダルの幅が詰まってしまい、完全に収束できない恐れがある。その故、全体的に収束されたペダル（プレート）に対して２回目の収縮を実行する必要がある。つまり、車体フレームの中心軸付近にモーター配置されており、このモーターは、ギアなどを介して、中心軸の回転を駆動する。そうすると、ペダルが車体フレームに近づきながら収縮する過程で、中心軸がモーターの駆動の下でアイドリングしている（つまり、ホイールを駆動しない）ため、ペダルは車体フレームに徐々に近づきながら収縮する過程で、中心軸の回転によりチェーンホイールとクランク全体が中心軸を周りに回転させるように駆動するので、ペダル平面が車体フレームの平面に平行に徐々にまっすぐになり、これによってペダルの完全な収縮即ち２回目の収縮が完成する。通常のペダルが常に車体フレームの平面に平行な平面に固定および維持できないため（ペダル自体の平面が自由に回転するから）、ペダルを完全に収縮させる時（つまり２回の収縮後）に、ペダル平面を車体フレームの平面と平行な平面に維持するために（この場合、占有スペースが最小限になる）、ペダルとクランクとの接続部に保持装置を配置する。この保持装置は、ペダル平面が車体フレームの平面と平行である場合、ペダルとクランクとの間の回転抵抗を最大化する。この保持装置は、磁力やビードスクリューなどの非固定接続方法を採用しているため、完全に収縮した時にペダル自体の平面が車体フレームの平面と平行な方向に安定に維持できるだけでなく、通常の走行中にも足の踏み力で自由に回転できる。

本発明の有益な効果は、この方法を使用する場合、便利にペダルを自動的に収縮させ、最小の水平（左右）スペースを占有し、それによって自動収納を容易にし、収納スペースを大幅に節約できることである（一つの普通の駐車スペースは数百台の自転車を駐車できる）。収縮した自転車はきちんと専門的な収納ボックスに自動的に収納できるため、経済的利益と使用の利便性をもたらせる。さらに重要なのは、発明者の他の関連発明とともに、シェアリング自転車の大きいスペース占有やだらしない都市の景観などの問題を解決したことである。

以下に、図面および実施形態を参照して本発明をさらに説明する。

本発明の全体構成の概略図である。

一般的な自転車のペダルの概略図です。

本発明のペダルが収縮していないときの概略図である。

本発明のペダルが完全に収縮したときの概略図である。

本発明のペダル自体の平面が収縮した後の概略図である。

図面において、１．中心軸、２．クランク、３．チェーンホイール、４．ペダル（プレート）、５．クランクの上部、６．クランクの下部、７．可動ジョイント、８．クランクモーター、９．電力、信号ケーブル、１０．ボール、１１．モーターシャフト、１２．ギア、１３．車体フレームモーター、１４．ブラシ、１５．銅リング、１６．ベアリング、１７．ペダル平面の保持装置。

図１に示す実施形態では、包括的な製造コストと信頼性を考慮して、回転電源と信号伝送は、回転ブラシ接触方式を採用して、電力信号と制御信号をクランクに送信する。電力信号は、正および負という２つのブラシを利用する。制御信号は、１つのブラシを利用すればよい。制御信号を受信して電気アクチュエータを制御するために、シングルチップマイクロコンピュータがクランクに配置される。本実施形態の電気アクチュエータは、小型ＤＣギヤードモーター（サイズが小さく、トルクが大きいという特徴を備えて、クランクとペダルを駆動して回転させることができる。）を使用する。本実施形態のペダルを収縮させる方針は、ペダルを通常の走行中の左右方向から前後方向に回転収縮させることである（つまり、クランクを２つの部分に分割し、上半分は中心軸に固定され、下半分は回転可能であり、上半分にはモーターが搭載され、モーターの回転によりクランクの下半分が駆動され、ペダルの左右の向きが前後の向きに切り替えられる。回転後、ペダルの方向は、左右方向から前後方向に変更する（つまり、左右の収縮である。一方、上下の収縮は、ペダルが左右方向からから上下方向に変化することを意味する。鋼線を伸線することによって実現できる。ペダルの方向は、すなわち足の踏む平面の長さの方向である）。

ペダルの１回目の全体的な収縮は、左右から前後への収縮方針を採用する。つまり、通常の走行中の左右の足踏み方向（図３の足踏み方向を参照）を、前後方向（図４の足踏み方向を参照）に回転させる。クランク（２）は上下に分かれており、クランクの上部（５）は中心軸に固定されており、回転可能な可動ジョイント（７）を備える。この可動ジョイント（７）は、クランクに取り付けられた、小型の減速ＤＣモーターであるクランクモーター（８）の制御下で、モーターシャフト（１１）を周りにボール（１０）で回転できる。クランクモーター（８）の電力および信号制御線（９）は、中間シャフト（１）の銅リング（１５）で、ブラシ（１４）を経由して、車体フレームの充電式バッテリーから導入される。ペダル（４）はクランク（６）の下部に取り付けられる。通常の走行中では、ペダルが左右方向に向いているため、左右の足が踏みやすいである。一方、走行が終わった時、可動ジョイント（７）を回転させる。モーター（８）の制御で９０度回転すると、ペダルが前後方向に向くようになる。ペダル（４）自体の平面が長方形であるため、本文ではその長辺方向をペダルの方向と呼ぶ。ペダル（４）が（図３に示す）左右方向から（図４に示す）前後方向に変更すると、ペダル（４）の１回目の収縮が完了する。

ペダル（４）が左右方向から前後方向に変更した過程では、ペダル（４）全体が、クランク（２）およびチェーンホイール（３）とともに中心軸（１）を周りに回転できるだけでなく、ペダル（４）自体の平面がクランク（６）の下部の接続部を周りに自体回転することもできる。そのため、ペダル（４）の完全な収縮を完成するには、２回目の収縮方法をとる必要がある。つまり、１回目の収縮ではペダル全体が収縮し、二回目の再度収縮ではペダル自体の平面が収縮する（つまり、ペダルの平面が車体フレームの平面と平行になり、スペースの占有をさらに減らす）。１回目の収縮では、ペダルの長辺全体を左右方向から前後方向に変更し、２回目の収縮では、ペダル自体の平面を収縮させる。つまり、ペダル平面を車体フレーム平面に平行する方向に収縮させる（車体フレーム平面は即ち後輪の円平面である）。車体フレームの中心軸付近には、車体フレームモーター（１３）が設置される。このモーターは、ギア（１２）等を介して、中心軸（１）を駆動し、中心軸ベアリング（１６）の中で回転する。中心軸の回転は、チェーンリング（３）、クランク（２）およびペダル（４）全体を駆動し、中心軸を周りにアイドリングさせる（つまり、チェーンが逆回転し、中心軸のクランクのみが回転し、ホイールが回転せず、アイドリングの目的は車体フレームのモーター出力とサイズを減少するためである）。そうすると、ペダル（４）全体が収縮して車体フレームに近づく過程で、ペダル自体の平面は、徐々に真っ直ぐになり、車体フレームの平面に平行になり、ペダルの２回目の収縮、つまり完全な収縮が完了する（図５を参照）。

本発明に係る車体フレームは折りたたまれておらず、収納ボックスの自動出入りを容易にするために２つの車輪を通常の前後方向に保つことを目的とする。両側に伸びる各種自転車部品は、収納スペースを最小限にとどめるように収縮して薄型化される。２回の収縮を経て、ペダル（４）は、完全な収縮状態にあり、最もスペースを占める部品の１つから、余計なスペース（クランクおよび車体フレームなどと収納スペースを共有する）をとらない部品となる。

ペダルとクランクとの接続部には、ペダル平面の保持装置（１７）が設けられる。この保持装置（１７）は、磁力の非固定接続方式を採用する。すなわち、クランクにおけるペダルとクランクとの接続部には磁石が設けられる。ペダル（４）の当該磁石に対向する場所には鉄製の釘があり、ペダル平面が車体フレームの平面に平行である場合、鉄製の釘が磁石に最も近いため、磁力の吸引力の下で、ペダルは、外力が掛からない時、車体フレームの平面に平行な位置を離れない。ただし、この僅かな電磁の磁力が非常に小さいため、通常の走行時には、人が踏むと自由に回転できる。つまり、ペダル平面の保持装置（１７）は、完全に収縮したときにペダル自体の平面が車体フレーム平面と平行な状態に保たれることを保障できるとともに、通常の走行中に足の踏力で自由に回転できる。ペダル平面が車体フレーム平面に平行である場合、この保持装置がペダルとクランクとの間の回転抵抗を最大化することによって、ペダル平面は、外力（ペダルなど）の作用下しか、分離および回転できない。

本発明の実施形態

発明「ブレードタイプの自動変形自転車のセルフシェアリング方法」の特許番号は、本発明者の中国特許２０１６１１１１３９３７５である。本出願の全体の発明課題は、この発明の説明に由来する。紙幅を節約するために、本明細書は重複な説明を繰り返さなく、この発明を参照してよい。また、本発明では、ペダルを２回目に収縮させる時、すなわち、中心軸の回転は、ペダル全体が中心軸を周りに回転するように駆動する。このとき、ペダルが１回目の収縮を経た後（ペダル自体が自転できるプレートである）、立体的に、または自転車の横に立って想像すれば分かるように、ペダル自体が回転できるため、１回目の収縮後のペダルは、中心軸を周りに回転する時に、車体フレーム（或いは、車体フレーム上の他の意図的に突き出たオブジェクトで、これらの突き出たオブジェクトは、斜面形の設計であり、抵抗を減らすためにいくつかのボールを追加してもよい）により引っ掛かられて、自動的に垂直状態になる（即ち図５に示す２回目の収縮）。

本発明のすべての構成要素は、産業化された方法で大量生産することができ、全体の組立も非常に簡単であり、良好な産業上の利用可能性を有する。

Claims (4)

1. 自転車とペダルを含むペダルの自動収縮方法であって、
   クランクに電動アクチュエータがあり、前記電動アクチュエータによりペダル全体が収縮するように駆動され、
   車体フレームの中心軸の近くにモーターが取り付けられており、前記モーターは、前記中心軸を駆動して回転させ、前記中心軸の回転は、チェーンリング、前記クランクおよび前記ペダル全体を駆動して中心軸を周りに回転させ、
   前記ペダルは、全体的に前記車体フレームに近づきながら収縮する過程で、前記ペダルの平面が徐々にまっすぐになり、前記車体フレームの平面に平行となることによって、前記ペダルの完全な収縮が完了する、
   ペダルの自動収縮方法。
2. 回転給電によって、前記自転車の前記車体フレームから、前記ペダルが取り付けられている前記クランクに、電力を伝達する、
   請求項１に記載のペダルの自動収縮方法。
3. 前記クランクは上下に分割されており、上半分は前記中心軸に固定され、下半分は回転可能であり、前記クランクの前記下半分を回転させることによって、前記ペダルの左右方向を前後方向に変更することができる、
   請求項１または２に記載のペダルの自動収縮方法。
4. 前記ペダルと前記クランクとの接続部には保持装置が設けられており、前記ペダルの平面が前記車体フレームの平面と平行である場合、前記保持装置が前記ペダルと前記クランクとの間の回転抵抗を最大化することによって、前記ペダルの平面は外力の作用下でのみ分離および回転する、
   請求項１から３のいずれか一項に記載のペダルの自動収縮方法。

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